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采用扩展混合公式对保守分数阶扩散方程进行数值模拟。 (英语) Zbl 1342.65168号

摘要:我们采用鞍点理论框架来分析保守分数阶扩散方程。通过引入分数阶通量作为辅助变量,我们建立了鞍点变分公式的适定性。基于该公式,我们提出了一种局部保守的扩展混合有限元方法,直接逼近未知量、其导数和分数通量,并证明了混合有限元解的存在唯一性。通过证明负分数阶导数空间等价于负分数阶Sobolev空间,我们导出了分数阶Sobolev空间中标准投影算子对非光滑函数的逼近能力。这导致了对于充分光滑解和非光滑解,右手边的最优阶误差估计。包括数值实验来证实我们的理论发现。

理学硕士:

65升60 有限元、Rayleigh-Ritz、Galerkin和常微分方程的配置方法
34A08号 分数阶常微分方程
34个B05 常微分方程的线性边值问题
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Mainardi,F.,分数微积分(Carpinti,A.;Mainardy,F.《连续介质力学中的分形和分数微积分》(1997),Springer-Verlag:Springer-Verlag纽约)·Zbl 0917.73004号
[2] Shlesinger,M.F。;韦斯特,B.J。;Klafter,J.,增强扩散的莱维动力学:湍流应用,Phys。修订稿。,58, 11, 1100-1103 (1987)
[3] 扎斯拉夫斯基,G.M。;史蒂文斯,D。;Weitzner,H.,《不完全混沌中的自相似传输》,《物理学》。E版,48、3、1683-1694(1993)
[4] Benson,D。;惠特克拉夫特,S.W。;Meerschaert,M.M.,《勒维运动的分数阶控制方程》,《水资源》。决议,36,1413-1423(2000)
[5] 梅特勒,R。;Klafter,J.,《异常扩散的随机行走指南:分数动力学方法》,《物理学》。代表,339,1-77(2000)·Zbl 0984.82032号
[6] 梅特勒,R。;Klafter,J.,《随机行走结束时的餐厅:用分数动力学描述异常运输的最新进展》,J.Phys。A、 37,R161-R208(2004)·2018年5月10日
[7] 刘,F。;Anh,V。;特纳,I.,空间分数阶福克-普朗克方程的数值解,J.Compute。申请。数学。,166, 209-219 (2004) ·Zbl 1036.82019年
[8] Meerschaert,M.M。;Tadjeran,C.,分数阶平流-扩散流方程的有限差分近似,J.Compute。申请。数学。,172, 65-77 (2004) ·Zbl 1126.76346号
[9] Cui,M.,分数阶扩散方程的紧凑有限差分法,J.Compute。物理。,228, 7792-7804 (2009) ·Zbl 1179.65107号
[10] 李,C。;曾,F。;Liu,F.,分数阶积分和导数的谱逼近,分形。计算应用程序。分析。,15, 383-406 (2012) ·Zbl 1276.26016号
[11] 刘,Q。;刘,F。;特纳,I。;Anh,V.,修正反常细分扩散过程的有限元近似,应用。数学。型号。,35, 4103-4116 (2011) ·Zbl 1221.65257号
[12] Meerschaert,M.M。;谢夫勒,H.P。;Tadjeran,C.,二维分数阶色散方程的有限差分方法,J.Compute。物理。,211, 249-261 (2006) ·Zbl 1085.65080号
[13] Wang,H。;Basu,T.S.,二维空间分数扩散方程的快速有限差分方法,SIAM J.Sci。计算。,34, 2444-2458 (2012) ·Zbl 1256.35194号
[14] 张,H。;刘,F。;Anh,V.,对称空间分数阶偏微分方程的Garlerkin有限元逼近,应用。数学。计算。,217, 2534-2545 (2010) ·Zbl 1206.65234号
[15] 欧文·V·J。;豪尔,N。;Roop,J.P.,时间相关、非线性、空间分数扩散方程的数值近似,SIAM J.Numer。分析。,45, 572-591 (2007) ·Zbl 1141.65089号
[16] 欧文·V·J。;Roop,J.P.,定常分数对流-弥散方程的变分公式,数值。偏微分方程方法,22558-576(2005)·Zbl 1095.65118号
[17] 欧文·V·J。;Roop,J.P.,《(R^d)中有界区域上分数阶对流-弥散方程的变分解》,数值。偏微分方程方法,23,256-281(2007)·兹比尔1117.65169
[19] Wang,H。;Yang,D.,变系数保守分数阶椭圆微分方程的适定性,SIAM J.Numer。分析。,51, 2, 1088-1107 (2013) ·Zbl 1277.65059号
[21] Oldham,K.B。;Spanier,J.,《分数微积分》(1974),学术出版社:纽约学术出版社·Zbl 0428.26004号
[22] Podlubny,I.,分数微分方程(1999),学术出版社:纽约学术出版社·Zbl 0918.34010号
[23] Samko,S。;基尔巴斯,A。;Marichev,O.,《分数积分与导数:理论与应用》(1993),Gordon and Breach:Gordon和Breach London·Zbl 0818.26003号
[24] Sobolev,R.A。;Fournier,J.F.,Sobolev Spaces(2009),Elsevier:Elsevier新加坡
[25] 南卡罗来纳州布伦纳。;Scott,L.R.,《有限元方法的数学理论》(1994),Springer-Verlag:Springer-Verlag纽约·Zbl 0804.65101号
[26] 布莱齐,F。;Fortin,M.,混合和混合有限元方法(2011),Springer Verlag·Zbl 1009.65067号
[27] Chen,Z.,线性二阶椭圆方程的扩展混合有限元方法,数学。建模数值。分析。,4, 479-499 (1998) ·Zbl 0910.65079号
[28] Ciarlet,P.G.,《椭圆问题的有限元方法》(1978),北荷兰:北荷兰阿姆斯特丹·Zbl 0383.65058号
[29] 拉维亚特,P.A。;Thomas,J.M.,二阶椭圆问题的混合有限元方法,(有限元方法的数学方面。有限元方法数学方面,数学课堂讲稿,第606卷(1977年),Springer-Verlag:Springer-Verlag Berlin),292-315·Zbl 0362.65089号
[30] 布莱齐,F。;道格拉斯,J。;Fortin,M。;Marini,L.,二阶椭圆问题的两类混合有限元,数值。数学。,47, 217-235 (1985) ·Zbl 0599.65072号
[31] Wang,L。;徐旭,《有限元方法数学基础》(2004),科学出版社:北京科学出版社
[32] Folland,G.B.,《真实分析:现代技术及其应用》(Real Analysis:Modern Techniques and Their Applications)(1999年),约翰·威利父子公司:约翰·威利母子公司,纽约·Zbl 0924.28001号
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